可拆换式衬砌台车在突变式超大断面隧道中的应用

苟开兴

摘要：地下空间在修建过程中往往会出现不同大小的衬砌断面，这就需要衬砌台车设计时统筹兼顾，保证每个衬砌断面净空均满足设计要求，从而节约资源和时间。本文以赣龙铁路新考塘隧道出口突变式超大断面的全断面衬砌台车为例，研究出一种能通过拆换和改装快速转换到其他断面的新方法。

关键词：变截面；衬砌台车；拆换

1工程概况

赣（州）～龙（岩）铁路扩能改造工程新考塘隧道位于福建省龙岩市新罗区龙门镇境内，全长2503m，进口里程DK265+762，出口里程DK268+265，该隧道为时速200km客货共线铁路双线隧道，线间距4.4m。其中DK268+050～DK268+265段215m隧道为赣龙复线铁路与南三龙铁路上行联络线道岔进隧道影响段，赣龙复线铁路至南三龙铁路上行联络线在正线右线出岔，赣龙正线右线与南三龙铁路上行联络线间距为0m～10.3m，采用突变式截面形式加宽。

新考塘隧道出口各加宽段隧道断面都属于铁路隧道超大断面，共有4种断面形式，分别为加宽10.3m，8m，6m，4m。其中加宽10.3m段，开挖尺寸30.26m(宽)×16.96m(高)，开挖面积396.14m2，该断面为当时在建铁路隧道最大断面。加宽8m段，开挖尺寸27.38m(宽)×15.78m(高)，开挖面积331.77m2。加宽6m段，开挖尺寸24.42m(宽)×14.71m(高)，开挖面积274.65m2。加宽4m段，开挖尺寸18.02m(宽)×13.8m(高)，开挖面积199.67m2。各加宽段平面布置如图1所示。

图1各加宽段平面布置图

2衬砌结构设计技术参数分析及台车设计

新考塘隧道出口加宽4m～10.3m段共计长度155m，其中加宽4m段长度46m，加宽6m段长度36m，加宽8m段长度36m，加宽10.3m段长度37m（含5m明洞），其具体结构参数如表1所示。

表1各加宽段衬砌设计参数表

每个加宽段的长度均较短，却有4种断面形式，从成本方面考虑，若采用全断面整体式衬砌台车进行二次衬砌的话，需要考虑不同加宽断面之间的衬砌模板台车的通用性问题，否则成本过高。从工期方面考虑，不同断面之间的衬砌模板台车转换要简单便捷，以利于缩短拆换时间。4个不同加宽段的净空半径在线路左侧均为6.03m，不同的变化主要表现在线路右侧，且相差距离依次分别为2.36m、2m、2m，如图2所示。

图2不同加宽段净空轮廓线对比

通过对各加宽段衬砌结构设计技术参数对比分析，提出对新考塘隧道出口整体式衬砌台车的初步设计如下。

1）以加宽4m段的净空作为主骨架衬砌台车，其余加宽段分别配以不同宽度的钢桁架均能满足设计净空要求。因不同加宽段的长度不一致，综合考虑台车设计长度为6.1m，用于出口段加宽10.3m、8m、6m、4m四个加宽断面二衬施工。

2）台车门架由主门架和副门架组成，副门架设计在加宽侧，台车进入不同断面施工时，只需要拆装副门架，主门架不拆装，行走钢轨不换位,主门架沿既有的钢轨前移即可。

3）台车模板设计为大块钢模板，模板按加宽10.3m断面放大10mm设计（现场预留沉降量50cm，预留水平收敛30cm）。侧模通用，顶模由8块2m模板拼装而成，可满足加宽4m、6m、8m、10.3m四个断面，从加宽10.3m到4m施工时只需要按顺序拆换模板即可。

4）模板弧长选取中间值加宽8m设计，在施工其6m、10.3m断面时，实际设计轮廓与标准二衬轮廓线内外偏差在2cm以内,加宽4m误差在3cm以内（台车模板半径放大5cm，可以减小模板调节误差）。

5）为保证台车施工及行走过程中的稳定性，台车下纵梁长度设计为10m，大架部分按照加宽10.3m断面设计，施工其他断面时，根据顺序尺寸切割小立柱，并重新焊接形成整体结构。

3衬砌台车结构荷载校核

台车模板由顶模及左右边模组成，由于顶模受到混凝土自重、施工载荷及注浆口封口时的挤压力等载荷的作用，其受力条件显然比其它部位的模板更复杂、受力更大、结构要求更高。由于边模与顶模的结构构造基本相同，边模不受砼自重，载荷较小，因此对其强度分析时主要考虑顶模。

顶模板通过两端上纵梁和中间上纵梁总成承受整个上部模板的载荷，而上纵梁主要有20个支承点（16个机械千斤顶，4个液压油缸）承受竖向载荷并传力至门架。由于混凝土输送泵通过管道向台车输送混凝土，与注浆口接口处的局部挤压力较大，其它地方压力较小。在衬砌时的混凝土自重及边墙压力靠模板承受。模板的整体强度即有拱板承受又有千斤顶承受，以保证模板工作时的绝对可靠。

最终根据有限元法对该台车进行荷载校核，台车的刚度、强度、稳定性均满足使用要求。

4衬砌台车拼装与调试

1)主骨架的安装。行走架的安装钢轨铺设必须牢固，不允许钢轨铺设在松软基础上，轨道中心线必须与隧道中心线尽量对齐。将两根下纵梁平行摆好，中心距为10500mm，调整下纵梁。按顺序将立柱固定在下纵梁上，然后按顺序将门架横梁固定在立柱。将下纵梁提到钢轨上。按顺序安装剪刀叉八字支撑和各纵向工字钢及工作台。调整立柱的垂直度，并将立柱与下纵梁的螺栓紧固，然后将所有的螺栓紧固。安装平移小车，四个顶升油缸，装上千斤顶。安装上横梁、小立柱、工作平台及安全爬梯。

2）钢模板的安装。检查模板在运输过程中是否变形。先将一组顶模模板用螺栓联接好，用吊车整体吊起，放在上纵梁和小立柱，然后将其它模板用同样的方法安装好，固定在上纵梁和上小横梁上。将上小立柱对号装上，最后将所有螺栓紧固。将侧模吊起，用销子将侧模与顶模连接起来，用同样的方法将其它侧模板安装好。将方钢固定在钢模板上，将侧向油缸和丝杆千斤顶装配好，注意调整好模板的错台和缝隙，使外表面光滑、平齐。

3）液压系统的安装。按照控制柜上的标识，从左到右将油管接好，为了避免错接，请按顺序逐个动作安装。逐个动作对油缸进行调试。安装其它部件将电机等安装好，接上电源，即可整车调试。

4）对位校核台车，报监理工程师验收，合格后方可投入使用。

5不同断面间的衬砌台车转换

因新考塘隧道出口是从加宽10.3m段→加宽8m段→加宽6m段→加宽4m段顺序施工，首次台车拼装是按照加宽10.3m段台车拼装，然后再根据图示要求进行转换改装。为保证台车拼装和改装速度，每个断面的台车改装均在洞口前方开阔地进行，且由衬砌台车设计制作家专业技术人员指挥改装。

表2衬砌台车改装过程

6施工注意事项

由于衬砌台车高度与长度比值较大，台车行走时一定要缓慢匀速行驶，并有专人指挥，行走坡度平缓。使用或停止时，应使用铁鞋锁紧，防止溜车。台车断面转换时，专人指挥拆除，不得破坏性拆除，不能损坏杆件的尺寸，尽量减少杆件变形。拆除下来的刚桁架要保存完好，待下次断面转换时使用。

在增加加宽块时，先将边模放下来，将上横梁螺栓松开，利用油缸将顶模松开，将加宽块插入顶模中间，将上横梁加长节插入上横梁，中间然后将螺栓带紧，注意必须同时用手葫芦将顶模板挂起来，防止向外溜，然后再挂边模，丝杆。其他断面的加宽块依次类推。台车主骨架及模板吊装时，应有专人指挥吊车，拼装工人必须佩戴好安全绳。

第一模衬砌混凝土浇筑时，应有专人监测衬砌台车是否有变形，若发生异常变形，应第一时间通知工人退出施工现场，确保施工安全。

7结束语

从现场的使用情况来看，通过转换后的各加宽段台车整体刚度好，未出现变形现象，衬砌混凝土外观平顺，光滑搭接错台较小，净空轮廓线满足高速铁路验标要求。通过对新考塘隧道出口衬砌混凝土施工有以下体会：

1）整体式衬砌台车操作方便，工人操作简单易懂，通过悬挑式操作平台，解决了防水板和钢筋作业的操作平台，节约空间和成本。

2）衬砌台车设计结构稳定，模板预留变形量均能满足混凝土浇筑时产生的自重。

3）通过衬砌台车的刚桁架拆除与安装，完美地达到了不同加宽断面之间的快速转换，对整个工程的按期完工起到关键作用。

参考文献

[1]于辉、崔岩.结构设计原理.北京：北京理工大学出版社，2009.08.

[2]李金会.超大断面隧道二次衬砌施工技术.北京：亚太建设科技信息研究院，2010.12.